Lyhyt historia ja tausta

Ensimmäiset tunnetut neurofysiologiset nauhoitukset eläimistä teki Richard Caton vuonna 1875. Ihmisten sähköisen toiminnan tallentamiseen kului toiset puoli vuosisataa. Saksalainen psykiatri Hans Berger aloitti EEG:n mittaamisen ihmisillä vuonna 1924. EEG on elektrofysiologinen tekniikka, jolla rekisteröidään ihmisen aivojen sähköistä toimintaa. Koska EEG:llä on erinomainen ajallinen herkkyys, sen pääasiallinen käyttökohde on aivojen dynaamisen toiminnan arviointi. EEG on erityisen hyödyllinen arvioitaessa potilaita, joilla epäillään kohtauksia, epilepsiaa ja epätavallisia kohtauksia. Tiettyjä poikkeuksia lukuun ottamatta käytännössä kaikilla epilepsiapotilailla on tyypillisiä EEG-muutoksia epileptisen kohtauksen aikana (ictal- eli kohtauksen aikaiset tallenteet). Useimmilla epilepsiapotilailla esiintyy myös tyypillisiä interiktaalisia (tai kohtausten välisiä) epileptiformisia purkauksia (IED), joita kutsutaan piikkipurkauksiksi (kesto <70 mikrosekuntia), piikki- ja aaltopurkauksiksi (spike and wave) tai teräviksi aaltopurkauksiksi (kesto 70-200 mikrosekuntia).

EEG:tä on otettu käyttöön useissa muissakin kliinisissä indikaatioissa. EEG:tä voidaan esimerkiksi käyttää anestesian syvyyden seurantaan kirurgisten toimenpiteiden aikana; koska se on erittäin herkkä osoittamaan äkillisiä muutoksia hermoston toiminnassa jo niiden ilmaantuessa, se on osoittautunut tässä yhteydessä varsin hyödylliseksi mahdollisten komplikaatioiden, kuten iskemian tai infarktin, seurannassa. EEG:n aaltomuodot voidaan myös keskiarvoistaa, jolloin saadaan aikaan herätepotentiaalit (EP) ja tapahtumiin liittyvät potentiaalit (ERP), potentiaalit, jotka edustavat kiinnostavaa hermotoimintaa, joka liittyy ajallisesti tiettyyn ärsykkeeseen. EP:tä ja ERP:tä käytetään kliinisessä käytännössä ja tutkimuksessa visuaalisen, auditiivisen, somatosensorisen ja korkeamman kognitiivisen toiminnan analysoinnissa.

EEG:n ajatellaan syntyvän ensisijaisesti aivokuoren pyramidineuroneista, jotka ovat suuntautuneet kohtisuoraan aivojen pintaan nähden. EEG:llä havaittava neuraalinen aktiivisuus on synkronisesti laukeavien suhteellisen suurten neuroniryhmien eksitatoristen ja inhibitoristen postsynaptisten potentiaalien summa. Tavanomaisella päänahan tai aivokuoren pinnalta rekisteröidyllä EEG:llä ei pystytä rekisteröimään hermosolujen toimintapotentiaalien aiheuttamia hetkellisiä paikallisia kenttäpotentiaalimuutoksia. Lisätietoa EEG:n perustana olevista neurofysiologisista periaatteista on liitteessä 1.

EEG:n valitettava tosiasia on, että kehon tai ympäristön tuottama muu sähköinen toiminta voi peittää aivotoiminnan. Nähdäkseen päänahan pinnalla, aivojen tuottamien minimaalisten EEG-jännitteiden on ensin läpäistävä useita biologisia suodattimia, jotka sekä vähentävät signaalin amplitudia että levittävät EEG-aktiivisuutta laajemmalle kuin sen alkuperäinen lähdevektori. Aivojännitteiden on läpäistävä aivot, aivoselkäydin, aivokalvot, kallo ja iho ennen kuin ne saavuttavat tallennuspaikan, jossa ne voidaan havaita. Lisäksi muu biologisesti tuotettu sähköinen toiminta (päänahan lihakset, silmät, kieli ja jopa kaukana oleva sydän) luo massiivisia jännitepotentiaaleja, jotka usein peittävät ja peittävät aivotoiminnan. Tallennuselektrodien tilapäiset irtoamiset (ns. elektrodipop-artefakti) voivat heikentää EEG:tä entisestään tai jopa jäljitellä aivorytmejä ja kouristuksia. Lopputulos on, että biologiset ja ympäristön aiheuttamat sähköiset artefaktit häiritsevät usein tulkitsijan kykyä tunnistaa tarkasti sekä normaalit rytmit että patologiset mallit. Onneksi artefakteilla on monia erityispiirteitä, jotka hyvin koulutetut ja huolelliset tarkkailijat pystyvät helposti tunnistamaan. Liitteessä 4 on useita esimerkkejä EEG-tallennuksen aikana yleisesti esiintyvistä artefakteista.

Tyypillinen EEG-näyttö kuvaa jännitteitä pystysuoralla alueella ja aikaa vaakasuoralla alueella, mikä antaa lähes reaaliaikaisen kuvan käynnissä olevasta aivotoiminnasta (kuva 1). Digitaalisen tallennuksen ja tarkastelun avulla tulkki voi muuttaa useita EEG-näytön osa-alueita kätevästi ja tietojen ymmärrettävyyden parantamiseksi. Tulkki voi säätää tallennuksen herkkyyttä (tunnetaan myös nimellä “vahvistus”) mikrovolteina millimetriä kohti, jolloin aaltomuotojen näyttökorkeutta voidaan joko lisätä tai vähentää. Voidaan myös muuttaa näytettävän ajan määrää, jota joskus kutsutaan epookiksi ja jota ennen kutsuttiin “paperinopeudeksi”. Lyhyempiä aikavälejä voidaan tarkastella muutamalla sekunnilla tietokoneen näytöllä, mikä on selvä etu hyvin lyhyiden EEG-tapahtumien, kuten epileptisten piikkien, tarkastelussa. Sitä vastoin aika-asteikkoa voidaan laajentaa näyttämään pidempiä EEG-segmenttejä useiden minuuttien ajalta, jotta voidaan tarkastella hitaasti kehittyviä rytmisiä purkauksia. Digitaalisia suodattimia voidaan myös käyttää artefaktien vähentämiseksi tietyissä asetuksissa, mutta niitä on käytettävä suurella varovaisuudella, koska ne suodattavat myös kiinnostavaa EEG:n aktiivisuutta ja voivat vääristää EEG:n aaltomuotoja voimakkaasti.

EEG:ssä käytetään differentiaalisen vahvistuksen periaatetta eli eri pisteiden välisten jännite-erojen tallentamista elektrodiparin avulla, jossa verrataan yhtä aktiivista tutkivan elektrodin paikkaa toiseen viereiseen tai kaukana olevaan referenssielektrodiin. Vain mittaamalla sähköpotentiaalien eroja saadaan aikaan havaittavia EEG-aaltomuotoja. Kun aktiivinen tutkiva elektrodi (G1, “Grid 1”, analogisesta vahvistuksesta peräisin oleva historiallinen konventio) on negatiivisempi kuin referenssielektrodi (G2), EEG-potentiaali suuntautuu vaakasuoran meridiaanin yläpuolelle (eli ylöspäin suuntautuva aalto), kun taas jos tilanne on päinvastainen eli referenssielektrodi on negatiivisempi, EEG-potentiaalin vektori suuntautuu vaakasuoran meridiaanin alapuolelle (potentiaalia alaspäin). Muut polariteettimahdollisuudet on esitetty kuvassa 2.

EEG:hen liittyvä tekniikka on MEG, joka ei rekisteröi sähköistä aktiivisuutta vaan käyttää antureita aivojen tuottamien magneettikenttien tallentamiseen. MEG antaa EEG:tä täydentävää tietoa osoittamalla aivojen magneettisten dipolien toimintaa. Koska pään biologiset suodattimet heikentävät magneettikenttiä vähemmän kuin sähköistä toimintaa, MEG-dipolit voivat tuottaa tarkempia sijainteja aivojen epileptiformisille generaattoreille kuin EEG. MEG:n yksityiskohtainen tarkastelu ei kuulu tämän katsauksen piiriin. Kiinnostunut lukija voi tutustua aiheesta hiljattain ilmestyneeseen erinomaiseen kirjallisuuteen (1-3). Katso kuvasta 3 esimerkki MEG:stä.